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高灵敏度环境中子剂量当量仪的优化设计与实验验证

魏迎光

   在辐射防护研究领域,中子测量的方法象其它射线一样一直受到重视。中子剂量的测量,由于中子自身特性所引发的一系列问题,需要考虑。例如中子辐射场的能量范围往往比较宽,并伴随有光子;中子注量与剂量的换算系数随能量变化比较大,几乎有两个数量级的差异;用于探测中子的探测器大多数是对热中子灵敏的,对快中子灵敏度比较低,对快中子灵敏的,对热中子不够灵敏等。用于环境的中子剂量当量仪要求更高,能谱响应宽,灵敏度高,对光子不灵敏,要求造价低等。上述课题目前仍为人们所关注和感兴趣的问题。 随着我国国民经济的快速发展,核设施与核装置的数量和规模也在不断扩大。为确保核设施及其周围环境的安全,必须提供有效的手段,对核设施产生的辐射(中子、γ等),以及它们的周围环境进行严密地监测。目前特别引起我们关注的是日益变化的国际形势要求准备应对突发核事故和核恐怖事件。同时,在环境低水平测量中为了评估中子的天然本底辐射水平,也要求探测系统具有宽能区、高灵敏和抗干扰能力强等特点。所以,弱中子辐射场的中子监测显得十分重要。 因此,研制一种具有高灵敏度的中子剂量当量仪是本论文研究课题的主要任务。 本论文介绍了目前中子剂量当量仪的发展与现状。采用MCNP程序对探测器探头的参数进行模拟计算和优化选择。提出了高灵敏度环境中子剂量当量仪的设计方案。最后通过实验验证,试验结果与计算结果基本吻合。 本论文分五个部分介绍了高灵敏度环境中子剂量当量仪的优化设计和实验验证。 第一部分主要介绍研制高灵敏度中子剂量当量仪的意义,工作原理及国内外发展状况。第二部分主要介绍用MCNP程序计算探头的有关参数。包括:a)计数管的几何参数如:直径大小,长短和气压等;b)慢化体的厚度,镉片吸收体的打孔面积和在慢化体中的位置等;c)锎源和镅铍源的灵敏度;d)能注量响应曲线和探头的方向影响。采用蒙卡方法对有关参数进行了计算和理论分析,优化了中子探测器的设计。第三部分主要介绍中子剂量当量仪的探头和电子学部件的总体设计。第四部分主要介绍对探测器设计、研制的探测器进行实验验证,包括a)灵敏度实验验证:b)方向性实验验证;c)比对实验。第五部分是结论与讨论。 本文通过MCNP程序模拟计算,及优化选择,使所设计的中子探测器的灵敏度达到了42.4 cps/μSv h~(-1),能量范围为2.5×10~(-8)Mev~20 Mev。计算值与实验结果比较,在允许的误差范围内(相对偏差为28%)理论计算值与实验测量值基本相符,从而验证了设计的合理性,同时又为实验提供了参考。本文所设计的中子探测器在环境水平的中子剂量测量方面,其性能优越于市场目前的仪器,它也为核反恐和核应急提供了一种测量手段和方法。……   
[关键词]:高灵敏度;环境中子;剂量当量;优化设计;实验验证
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国原子能科学研究院2006年
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